Группа исследователей из Университетского колледжа Лондона раскрыла механизм, с помощью которого возникли отдельные элементы РНК – рибонуклеотиды. Этот процесс был необходим для возникновения РНК – предшественницей жизни на Земле. Пресс-релиз исследования доступен на сайте Phys.org.

Нуклеотиды – это молекулы, делящиеся на два класса: пурины и пиримидины. Считалось, что они не могли образоваться вместе из-за того, что условия их синтеза несовместимы. Однако результаты нового исследования показали, что они могут формироваться вместе. Речь идет о являющихся пуринами молекулах 8-оксо-аденозин и 8-оксо-инозин. Ученые установили возможность их образования в той же среде, что и пиримидины.

Теперь исследователи намерены выяснить, могут ли цепочки из 8-оксо-пуринов кодировать последовательность белка, что подтвердит их возможное участие в формировании РНК-мира.

РНК-мир – гипотетический этап возникновения жизни, в ходе которого хранение генетической информации реализовывали ансамбли рибонуклеиновых кислот. В дальнейшем на основе РНК-мира появились ДНК и белки, а РНК стала нести посредническую функцию.

Источник: РИА Новости

Химики из Мюнхенского университета Людвига-Максимилиана (Германия) описали, как появилась первая рибонуклеиновая кислота, а на ее основе и органическая жизнь на нашей планете. Процесс не обошелся без инопланетного вмешательства — нужные молекулы были занесены на Землю кометами. Статья опубликована в журнале Science, о деталях исследования также сообщается на сайте издания.

Главный вопрос, на который предстояло ответить — как пурины, аденозин и гуанозин, которые превращают РНК в сложный комплекс, могли возникнуть из так называемых дожизненных молекул. Цепочку химических реакций, приведших к такому результату, и описали немецкие ученые.

В ее основе — дожизненные молекулы, те же, что были зафиксированы на комете 67Р/Чурюмова-Герасименко в ходе космической миссии Rosetta в прошлом году. Они, вероятно, были занесены на раннюю Землю кометами. Из них уже сформировались простые аминопиримидины, которые вступили в реакцию с муравьиной кислотой и образовали амидопиримидины. Они в свою очередь в реакции с сахарами и образовали пурины в больших количествах.

Таким образом, новое весомое доказательство получила так называемая гипотеза РНК-мира, согласно которой именно молекулы РНК стояли у истоков земной жизни, и они стали первыми сохранять и передавать генетическую информацию.

Источник: Научная Россия

Ученые из Кембриджского университета (Великобритания) под руководством Джона Сатерланда (John Sutherland) разработали новый сценарий возникновения жизни на ранней Земле в условиях кометных бомбардировок. Они показали, что кирпичики биомолекул могли синтезироваться из простых соединений, а те, в свою очередь, были созданы простыми реакциями и катализаторами, которыми изобиловала в те времена планета. Вся эта химия проистекала одновременно и самыми разными способами, ее продукты могли скапливаться в неком «пруду» и там «вариться». Результаты исследования опубликованы в Nature Chemistry, а популярно суть исследования изложил сайте журнала Science.

Живая материя состоит из трех основных компонентов — нуклеиновых кислот, аминокислот и липидов. Считается, что они возникали постепенно и друг за другом на раннем этапе развития Земли. Сначала появились РНК, согласно гипотезе РНК-мира. В 2009 году английский химик Джон Сатерланд доказал, что для синтеза двух из четырех РНК достаточно двух соединений — ацетилена и формальдегида. Участие энзимов в этой реакции необязательно, показал Сатерланд. Но нужно было объяснить, как появились ацетилен и формальдегид, и ученый это сделал в своем новом исследовании.

Химики создали прекурсоры нуклеиновых кислот из цианида водорода (HCN), сульфида водорода (H₂S) в присутствии ультрафиолетового излучения. Они также уверяют, что этого в условиях ранней Земли было достаточно, чтобы создать природные аминокислоты и липиды. А это уже компоненты для возникновения живой материи. В первые несколько миллионов лет кометные бомбардировки были на планете обычным делом, а с ними поступал и цианид водорода в большом количестве. Кометы давали энергию и для синтеза цианида водорода иным путем — из водорода, углерода и азота. Недостатка в сульфиде водорода тоже не было, также как и ультрафиолетовом излучении — такой как сейчас атмосферы же еще не существовало. Металлсодержащие минералы служили катализаторами реакций. Причем вся эта химия могла идти в разных местах планеты одновременно и разными путями, а потом ливни смывали химические соединения в единый бассейн, где варился тот самый пресловутый «бульон» жизни.

Истчоник: Научная Россия

Анализ образцов горных пород из различных уголков Земли — от Австралии и Зимбабве до Западной Виргинии (США) — позволил предположить, что поздняя тяжёлая бомбардировка, имевшая место 4,1–3,8 млрд лет назад, сыграла ключевую роль в обеспечении будущей земной жизни необходимыми исходными материалами. Тогда на Землю обрушились десятки тысяч массивных тел, оставивших после себя множество кратеров.

Ранняя Земля была небезопасным местом: метеоритные удары сыпались на планету многократно чаще, чем сегодня. Но не исключено, что именно этот ужас и породил нас с вами. (Здесь и ниже иллюстрации NASA, M.Pasek et al.) По мнению исследовательской группы, возглавляемой геологом Мэттью Пасеком (Matthew Pasek) из Университета Южной Флориды (США), среди этих тел было множество метеоритов, которые принесли на Землю фосфор, столь необходимый для живых существ земного типа. Для справки: фосфор часто встречается в метеоритном минерале шрейберзите.

Породы старше 3,5 млрд показывают следы фосфитов, в то время как более поздние — в основном фосфатов. Сегодня основная часть фосфора на Земле содержится в фосфатах, относительно малорастворимых и не слишком активных в химическом отношении соединениях. Современная теория прохождения жизни на Земле предполагает, что она базировалась не на ДНК-, а на РНК-организмах. Однако долгое время было неясно, как именно эти относительно простые РНК-организмы могли заполучить в свой состав фосфор без сложных механизмов по его добыче из фосфатов.

По предположению группы г-на Пасека, метеоритные фосфиды при взаимодействии с водой, которой уже тогда, считают исследователи, была покрыта бóльшая часть Земли, образовывали фосфиты — ту форму соединений фосфора, которую нарождающимся РНК-организмам было легко усвоить. Как считает Мэттью Пасек, именно поэтому сегодня мы не наблюдаем возникновения «новых форм жизни» — для этого нет условий в виде доступного фосфора.

Правда, такой подход отдаёт, как сказали бы в советское время, некоторым механицизмом: многие биологи придерживаются иных, более сложных представлений о причинах невозможности формирования «новых форм жизни» в наше время.

Свои выводы о недоступности фосфора в легко усваиваемом виде для эпох после поздней тяжёлой бомбардировки учёные основывают на том, что только в образцах старше 3,5 млрд лет им удалось встретить фосфиты в значительных количествах, в то время как в более поздних необходимый для возникновения жизни элемент был представлен в основном фосфатами.

Отчёт об исследовании опубликован в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences (доступен полный текст).

Источник: КОМПЬЮЛЕНТА

Все организмы дискретны в пространстве и имеют наружную оболочку. Трудно представить себе живое существо в виде туманного облачка или раствора. Однако по началу преджизнь существовала именно в виде растворов. Чтобы не раствориться окончательно, не рассеяться в водах древних водоемов, ”живые растворы” должны были ютиться в крошечных полостях, которые часто встречаются в минералах. Это тем более удобно, что некоторые минералы (например, пирит) являются неплохими катализаторами для многих биохимических реакций.  Кроме того, поверхность минералов могла служить своеобразной матрицей, основой, к которой прикреплялись молекулы РНК. Упорядоченная структура кристаллов помогла упорядочить и структуру этих молекул, придать им нужную пространственную конфигурацию.

Но рано или поздно преджизнь должна была обзавестись собственными оболочками – перейти от доорганизменного уровня к организму. Идеальным материалом для таких оболочек являются липтиды (жиры), молекулы которых способны образовывать на поверхности воды тончайшие пленки. Если взболтать такую воду, в ее толще образуется множество мелких пузырьков – водяных капелек, покрытых двухслойной липтидной оболочкой (мембраной). Эти капельки проявляют интересные свойства, которые делают их похожими на живые клетки. Например, они способны осуществлять обмен веществ. Липтидные мембраны обладают избирательной проницаемостью: одни молекулы сквозь них проходят, другие – нет. Благодаря этому одни вещества втягиваются в капли, другие выводятся, третьи – накапливаются внутри. Правда, для того чтобы это происходило постоянно, одних мембран недостаточно. Нужно еще, чтобы внутри капли одни вещества превращались в другие, а для этого там должны находиться катализаторы – белки или РНК.

Изучением свойств водно-липтидных капель (каоцерватов) занимался академик А.И.Опарин. Он считал, что коацерваты были одним из этапов на пути возникновения жизни. Опарин обнаружил, что при определенных условиях коацерваты могут расти и даже ”размножаться” делением.

Первые коацерваты могли образоваться самопроизвольно из липтидов, синтезированных абиогенным путем. Впоследствии они могли вступить в симбиоз с ”живыми растворами” – колониями самовоспроизводящихся молекул РНК, среди которых были и рибозимы, катализирующие синтез липтидов. Подобное сообщество уже можно назвать организмом. У всех живых существ до сих пор в синтезе липтидов важнейшую роль играет кофермент А, представляющий собой не что иное, как модифицированный рибонуклеотид. Это еще одно напоминание об РНК-мире.

Камнем преткновения для теории РНК-мира в течении некоторого времени была неспособность молекул РНК эффективно взаимодействовать с липтидными мембранами. Недавно, однако, было показано, что комплексы из нескольких разных РНК и ионов кальция способны не только прикрепляться к мембране, но и регулировать их проницаемость.

Источник: А.Марков. Рождение сложности. Эволюционная биология сегодня: неожиданные открытия и новые вопросы. 527, с. 69-71/ Астрель 2010 г. 

Хотя современные организмы почти поголовно (кроме ряда вирусов) используют ДНК как носитель генетического кода, в давние-давние времена, как полагают исследователи, жизнь начиналась не с ДНК, а с РНК.

Молекула рибозима — РНК, способной катализировать химическую реакцию на манер белков (рисунок Laguna Design)По концепции РНК-мира, первые молекулы РНК выполняли одновременно и наследственно-сохраняющую функцию, и катализирующую, то есть работали и за ДНК, и за белки. Рибозимы, открытые более 30 лет назад, прекрасно иллюстрируют то, как РНК может катализировать химические реакции. Иными словами, жизнь на Земле началась с первых РНК, которые могли и хранить, и воспроизводить генетическую информацию.

Однако проблема гипотезы РНК-мира состоит в том, что молекулы для химической реакции должны встретиться в пространстве. Если они свободно плавают по миру, шансов на встречу у них крайне мало. В этом случае говорят о компартментализации: молекулы заперты на ограниченной территории и интенсивно реагируют друг с другом. Клетка с её органеллами и есть самый выдающийся пример такой компартментализации. Казалось бы, нет ничего проще, чем представить себе молекулы РНК, заключённые в липидных пузырьках, но для этого нужно допустить, что, кроме РНК, во времена РНК-мира существовали уже и довольно сложные молекулы липидов.

Исследователи из Пенсильванского университета (США) показали, как молекулы РНК могли собраться вместе, не прибегая к помощи липидных мембран. Неклеточную компартментализацию удалось создать с помощью раствора полиэтиленгликоля (ПЭГ) и декстрана. В растворе эти полимеры формируют новую фазу, в которой собирается РНК. И чем плотнее РНК набивалась в декстрановую фазу, тем быстрее шла реакция, которую РНК катализировала: по сравнению с обычным раствором скорость реакции увеличивалась в 70 раз.

То есть, как пишут исследователи в журнале Nature Chemistry, им удалось показать, что в двухфазной системе действительно может происходить компартментализация РНК и что это действительно ускоряет реакцию.

Авторы работы уверяют, что и декстран, и ПЭГ вполне могли присутствовать во времена зарождения жизни. Однако вовсе не обязательно, чтобы это были именно они. Главное, что показано, — некие полимеры могут сформировать в растворе двухфазную систему и тем самым ускорить протекание биохимических реакций. То есть РНК-мир вполне мог обойтись безо всяких липидных мембран.

Исследователи говорят, что в полимерную фазу лучше всего стягивались более длинные молекулы РНК, а короткие продолжали плавать на свободе. Длинные РНК обладают большими каталитическими возможностями и могут нести больше информации. То есть за счёт такой компартментализации уже мог проходить первый отбор в пользу более прогрессивных, многофункциональных, более «биологических» молекул.

Источник: КОМПЬЮЛЕНТА